一起石油液化气钢瓶爆破死亡事故的技术分析

南通市如皋锅炉压力容器检验所 冒福龄

问 题 的 提 出

　　一只YSP—15民用石油液化气钢瓶出后才3年零两个月，外观无任何异常情况，漆色还较新，春节后充气未用，放在储藏室4个月，突然自行爆炸，轰的一声，一股烈火，从气瓶储藏室窗口冲出，在10×16米范围内一片火海，火焰高达2—3层楼房。家庭主妇谢××，陷入火海，严重烧伤，多处抢救，治疗无效死亡。一个活生生、善良、无辜的年轻母亲丢下小孩子含恨而去，一个好端端、幸福、美满的让人羡慕家庭瞬间毁灭。周围群众无不为之痛心，认为她的死亡多冤枉了，太意外了！为了防止类似事故重复发生，确保安全，应对这起事故原因作出科学分析，公正的结论。

　　民用石油液化气钢瓶是我国为数最多、分布最广，发生火灾、爆炸事故总量最多的气瓶，它的这类事故直接危害人民群众生命财产安全。笔者直接负责调查分析、处理的这这起典型的石油液化气瓶爆炸死亡事故，这份技术分析，揭示了容易引起事故的关键环节，提供安全监察、检验、制造、充装、使用、设计、标准制定等人员参考，以起抛砖引玉的作用，敬请各位指教。

事故的技术分析

一、爆破钢瓶测量试验技术数据：

YSP—15型（出厂号20881号）

最高工作压力P=1.6Mpa 水压试验压力PT=2.4Mpa

工作温度C≤60℃ 钢瓶原容积V1=35.5升

钢瓶爆后容积V2=37.85升 钢瓶原直径DO=320mm

主体材质15MnHp

复验化学成份：

C=0.14% Si=0.07% Mn=0.88% S=0.0084% P=0.011%

母材机械性能：

b=462Mpa 中频正火T=800—820℃，t=50—55秒

材料的金相组织分析

正火组织中未见片状碳化物，有网状，半网状碳化物。主体材质中有超长杂质。

钢瓶的硬度复测情况

自上封头减薄区至下封头减薄区测厚两行各6点，HS情况如下：

44、22、 23、22.5、 22、43.7

43、22.7、19、21、 21、45.5

钢瓶爆破及几何尺寸、形状：长320×宽62.7mm，呈鱼腹状，无碎片。

破口断面形状：

爆破中心离中环焊缝中心线S=85mm，最小壁厚Sb=2.12mm

二、事故原因的技术分析

经反复调查、研究、分析，事故的主要原因，从技术角度排除了气瓶这个环节中的设计、贮运、销售、使用、改造等环节，下面着重从制造和充装环节分析。

事故发生后，我们到充装单位调查分析，尽管这只爆炸的气瓶无充气前检查，无复验等记录，充装现场存在许多事故隐患，但矢口否认充装责任，以无法确认该瓶在该站充装过量而断然拒绝。到气瓶制造厂，也拒不承认有任何责任，强调该厂气瓶是优质产品，是经过安全监察机构监察、检验单位监检、国家气瓶专家是该厂的技术顾问，符合国家标准无任何问题。充装、制造两方面都强调事故原因是其它环节，对我们的技术分析，不正面解答。经多次交涉，并请权威部门出具复检报告，请科研单位支持，终于接受了我们的技术分析。

1、制造缺陷的分析：

（1）对瓶体爆破形状和破口断面分析

这是一起以韧性爆破为主的爆破事故，爆源区有材料缺陷，有韧性断裂的金属纤维，有脆性断裂晶状颗粒，有放射区、部份破口有剪切唇，整个气瓶爆破后外形很不均匀，呈倒梨状，中环缝上部变形大于下部。硬度也很不均匀，筒体中部最低，下部硬度最高，局部硬部>45°S H都反应了钢瓶材质不良，热处理不当。

（2）钢瓶承受应力的分析

1 最高工作压力Ph=1.6Mpa

2 设计的水压试验压力Pt=2.4Mpa

③ 此钢瓶爆破时的实际压力

Pb=0.95×

式中：Sb ——爆破口最小壁厚 mm

σb——材料的抗拉强度Mpa DO——外径 mm

④ 此批钢瓶出厂爆破试验时的压力：

屈服压力PS=7.2Mpa，爆破压力Pb=10.2Mpa

⑤ 小结：A、该钢瓶爆炸时的压力5.82Mpa小于该批钢瓶出厂前爆破试验的屈服压7.2Mpa，更小于爆破试验压力10.2Mpa，即该钢瓶强度不足，在不应爆炸的压力下爆炸，安全裕度不符合要求。B、该钢瓶爆炸时的压力5.82Mpa，大于最高工作压力1.6Mpa，大于水压试验压力2.4Mpa，即该钢瓶实际爆破压力超过允许的最高工作压力，超压爆破。

（3）钢瓶受力体积膨胀率的分析：

1 此批钢瓶、水压试验2.4Mpa时的膨胀率η1=0.39%

2 此批钢瓶作爆破试验在7.2Mpa下屈服3 时的膨胀率

 η2= ×100%=0.788%

③ 此批钢瓶作爆破试验在10.2Mpa下爆破时的膨胀率：

 η3= ×100%=14.36%

④ 此钢瓶爆炸时的实际膨胀率：

 η4=

⑤ 小结：该钢瓶爆炸后的膨胀率η4=6.6%<10%的要求，更小于此批量试验η3=14.36%的结果，膨胀率过小，塑性不足，容易造成满液，容易引发裂纹、爆炸。

（4）钢瓶主体材料的金相分析

① 有超标超长类杂物，长1.35mm ② 金相组织中未见片状珠光体，有游离态的网状，半网状碳化物。 ③ 小结：经在制造厂多处了解，该批钢瓶热处理设备由原来燃油炉改成中频电炉加热，设备性能、处理工艺、检验技术、操作技术均不熟悉，造成正火组织不合格。

（5）制造方面存在问题的结论：

材料有缺陷，热处理不当，强度不足，塑性不足，检验漏网，监检缺少经验，至使钢瓶在57%的爆破试验压力下就失效破坏。

2、关于过量充装的技术分析

上述的钢瓶制造质量分析中提出的韧性爆破和钢瓶爆破压力在5.82Mpa，证明此瓶是超压爆破的，这个压力来源于什么呢？经分析是过量充装。

YSP—15型气瓶，如果不超装，其压力主要由饱和蒸汽压决定，以液化石油气中含量最多的，且饱和气压又高的丙烷为例：在0℃时只有0.48Mpa，20℃时0.85Mpa，40℃时1.4Mpa，60℃时也只有2.14Mpa，即在常温下低于气瓶的最高工作压力，在设计警戒温度60°下也低于水压试验压力。

YSP—15型钢瓶合称容积35.5升，如果不超装，在60℃以下几不会满液，仍以丙烷为例：15kg的丙烷，在0℃时只有28.4升，20℃时30升，40℃时32.3升，60℃时34.6升，液相密度∠98%合格，即接近满液，有进入警戒危险区，但不会爆破。

但是过量充装就十分危险了。仍以丙烷为例：过量0.5kg在40°时体积达33.4升，已进入危险警戒区，60°时达35.7升，已满液，进入压力骤升区。过量1.5kg，在30℃时，体积达34.2升，进入危险警戒区，在40℃达35.6升，已满液，进入压力骤升区。如果多装2kg，15℃就进入危险警戒区，32℃进入满液压力骤升区。满液片每升高1℃，钢瓶升压1—3.4Mpa，升高2℃可使钢瓶屈服变形，升高4℃可引发爆炸，爆破压力可达10Mpa以上。

当地当日气温最高气温35.4℃，爆炸时间下午5时左右，室温可能在30—35℃左右（层面有隔热板，有窗户纯自然通风）绝不会>60℃。但钢瓶已自行爆炸，直接原因是过量充装、室温升高超压爆破。

现就该只气瓶实际情况进行过量充装计算如下：

该瓶的液化气由65%丙烷和35%异丁烷组成。

丙烷32℃时受热膨胀的容积百分数为105.73%。

异丁烷32℃时受热膨胀的容积百分数为103.45%。

混合液化石油气32℃受热膨胀的容积百分数为105.06%。

YSP—15钢瓶体积充装系数为85%。

当过量变1.5kg时，其体积充装系数为：

 

%×（15＋1.5）=93.5%

此种情况下液化石油气受热膨胀容积占钢瓶容积的百分比：

93.5×105.16%=98.23%（接近满液）

32℃时，如过量2kg，则：
%×（15＋2）=96.3%

96.3×105.06%=101.17%（已满液）

如果33℃，过量1.5kg，则：

93.5%×（106.1%×65%＋103.67%×35%）=98.42（接近满液）

如果33℃时，过量2kg，则：

96.3%×105.26=101.36%（已满液）

为35℃时，过量1.5kg，则结果为：

106.97%×65%＋104.13%×35%=99.09%（更接近满液）

小结：该只钢瓶很可能过量1.5—2kg左右，在32—33℃左右时满液，然后随室温升高35℃以下，压力骤升到5.8Mpa左右，钢瓶不能承压而变形、破坏、爆炸。

总之，此只钢瓶爆炸的直接原因是过量充装，钢瓶制造质量缺陷是重要原因。